2023年1月，我国首套全国产化抽水蓄能调速器系统在广州抽水蓄能电站投用。(资料图片)
2023年1月，南网储能公司修试分公司研发团队开展广州抽水蓄能电站7号机组的励磁系统现场动态调试工作。 (资料图片)
广州从化南昆山脉北侧，绿水青山相映成趣。这里建有我国首座大型抽水蓄能电站——广州抽水蓄能电站。今年，该电站投产30年后再添“第一”——第一次用上了“国产大脑”。
2022年5月起，我国自主研制的首套抽水蓄能核心控制系统陆续在广州、惠州两座抽水蓄能电站投运，截至12月7日，安全启动已超过1500次、累计运行超过1.7万小时。这标志着抽水蓄能电站四大核心控制子系统均成功实现了全面国产化，有力提高了我国能源产业链供应链的安全性。
改变核心控制系统受制于人的局面
抽水蓄能电站是目前国内技术最成熟的大规模储能方式之一，是保障我国新能源消纳的重要力量。作为抽水蓄能电站的关键设备，抽蓄机组核心控制系统由计算机监控、调速、励磁、继电保护这四大系统组成，被喻为抽水蓄能电站的“大脑”。
相比于水电站，作为灵活调节电源的抽水蓄能电站，其核心控制系统的工况更为复杂，起停更加频繁，需要实现的功能更多，对精度和可靠性的要求更高，研发生产的难度量级更高。
此前，这个“大脑”一直是我国的短板。尽管我国在抽水蓄能主机设备领域已实现全面国产化，多项技术国际领先，但核心控制系统的关键部件仍依赖进口，备品备件更新艰难，控制程序为“黑匣子”，核心功能优化存在盲区。
以“大脑”中的励磁系统核心部件直流灭磁开关为例，国际标准要求开关机械寿命达到2万次。“实际上，使用不到1年、开关动作次数不到3000次时，进口部件就发生了问题，经我们多次催促，厂商才出具一份语焉不详的故障报告。”提起此事，南网储能公司检修试验分公司高级作业员、二级专业技术专家闫文斌十分无奈。
“核心控制系统受制于人，是我国抽水蓄能领域实现科技自立自强的最后一块短板。”南网储能公司检修试验分公司副总经理巩宇说，“我们下定决心啃下这块‘硬骨头’。”
这套系统国产化水平大致可分为“设备级”“部件级”和“芯片级”，其中“芯片级”自主可控水平最高，要求关键技术元件全部国产。2021年2月，南网储能公司牵头组建联合研发团队，对抽水蓄能核心控制系统开展元件比选适配、技术功能研发、控制逻辑优化、调试试验等大量工作，完成重大技术创新40项，其中21项技术填补国内空白，整套设备性能达到国际领先水平。
“排兵布阵”攻克多项关键技术
南网储能公司选取广州、惠州两座抽水蓄能电站为平台，瞄准四大核心控制子系统的“芯片级”国产化设备进行研制。
“虽然一直盼着拥有‘国产大脑’，但真迈开这一步，心里特别虚。”南网储能公司检修试验分公司自动化检修部总经理杨铭轩介绍，毕竟一个“大脑”涵盖核心控制器、调节器等206种设备，涉及近12万个元件。
设备选型是研发的第一步，也是决定后续环节能否实施的关键。“我们必须挑选出最合格的元件‘队员’，才能组建起一支‘足球队’。”杨铭轩打了一个比方。为此，研发团队前后走访了国内70多家相关设备制造商。
“足球队”组建起来了，如何根据“队员”的“身体素质”和“技术水平”进行“排兵布阵”，着实考验着研发团队。
面对我国新能源大规模并网对抽蓄机组提出的更高调速要求，研发团队自主研制出0.0001赫兹分辨率国产调速器，精度等级比进口0.001赫兹分辨率调速器更高。精度前移一个小数点的背后，是团队历时500余天攻克测频回路解析等关键技术的艰难创新。
励磁系统是保障电压和无功功率稳定的关键。目前我国直流励磁系统的关键设备——直流灭磁开关95%以上采用进口设备，没有适用于300兆瓦抽蓄机组的国产产品。
“常规的直流灭磁开关机械寿命约为1000次，而抽蓄机组要求至少2万次，对开关体积、磁保持、模块化组装等有着极其严苛的技术要求。”南网储能公司检修试验分公司电气二次检修部陈强介绍，团队与上海立新电器合作，把控绝缘材料选取、模具制作、生产工艺运用等全环节质量，用时一年终于研制出符合要求的直流灭磁开关。“这是一项关键核心技术攻关，在抽蓄发电机组甩满负荷试验中，国产开关各项试验数据合格，标志着励磁系统国产化取得成功。”陈强说。
整套设备性能达到国际领先水平
安装调试是直流灭磁开关投用前的“临门一脚”，整个励磁系统的国产化成败在此一举。
今年1月11日22时，试验正式开始。在设置好所有的试验接线和录波仪器后，研发团队撤离至远处，“几乎是屏气敛息、提心吊胆。”当试验数据、装置部件检查结果合格了，团队才敢松一口气。
两年多来，研发团队咬紧牙关，逐一取得了40项重大技术创新、21项技术填补了国内空白，其中调速系统和励磁系统已通过成果鉴定，设备性能达到国际领先水平。
随着继电保护、励磁、调速器、计算机监控四大系统的国产设备相继在两座抽水蓄能电站投运，我国抽水蓄能电站终于用上自主研发的“国产大脑”。经应用检验，新系统完全满足机组运行需求，多个方面性能优于进口设备。
“攻克抽水蓄能核心控制系统技术，实现整套设备自主可控，是我们主动要做的事，总得有人迈出这一步。而支撑我们前行的动力源于对‘中国制造’的信心。”巩宇语气坚定。
据了解，南网储能公司正在所属7座已投运抽水蓄能电站的30多台机组中陆续部署“国产大脑”。
(黄昉)